WO2020090279A1 - 駆動システム及び制御方法 - Google Patents

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WO2020090279A1
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winding
current
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electric machine
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Inventor
勝洋 星野
崇文 原
Original Assignee
日立オートモティブシステムズ株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/16—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the circuit arrangement or by the kind of wiring
    • H02P25/22—Multiple windings; Windings for more than three phases

Definitions

  • the present invention relates to a drive system for driving a rotating electric machine, and particularly to a system for driving a rotating electric machine having two independent Y-connections.
  • JP 2013-215040 A Patent Document 1
  • Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2013-215040 discloses that "when the failure detection means detects a failure in the inverter section in the first system, the drive control means stops the driving of the inverter section. The first power relay of the power source switching unit is turned off and the second power relay is turned on.When the drive of the inverter unit is stopped, the induced voltage generated in the first winding group of the motor by the rotation by the external force is Through the second power relay and then through the parasitic diode of the first power relay to the battery, thereby preventing damage to the circuit element of the fault system (see summary). "
  • Patent Document 1 is intended to prevent damage to the circuit element of the failure system, and does not consider the continuation of the operation in which the failed phase is separated.
  • the following is a representative example of the invention disclosed in the present application. That is, in order to operate a rotating electric machine that is a drive system and has a Y-connected first system winding and a Y-connected second system winding that is independent of the first system winding. Has an inverter circuit that outputs an alternating current of three or more phases, and a control device that outputs a control signal to the inverter circuit, and the drive system has a winding of any one of the windings of the first system.
  • the first system winding is supplied to the first system winding so that a plurality of other phases of the first system winding configure a first single-phase circuit.
  • the winding of the second system supplied from the inverter circuit so that the second single-phase circuit is configured by controlling the flowing current and stopping the current of one phase of the winding of the second system.
  • Current flowing through the first single-phase circuit and The current phase of the first single-phase circuit and the current phase of the second single-phase circuit are set so that the power converted into mechanical output is constant among the combined power obtained by combining the powers flowing in the second single-phase circuit. To control.
  • operation can be continued in each system until one phase failure.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a rotary electric machine drive system and a rotary electric machine according to a first embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a rotary electric machine drive system and a rotary electric machine according to a second embodiment. It is a figure which shows the structure of a rotary electric machine drive system and rotary electric machine of Example 3. It is a figure which shows the change of the no load induced voltage of a rotary electric machine at the time of normal. It is a figure which shows the electric current which flows into the winding of each system at the time of U-phase stop. It is a figure which shows the electric power of each system at the time of U-phase stop.
  • Example 1> 1 is a diagram showing a configuration of a rotary electric machine drive system and a rotary electric machine according to a first embodiment of the present invention.
  • the rotary electric machine drive system of the first embodiment is connected to the rotary electric machine 100 used in a hybrid vehicle (HEV), an electric vehicle (EV), etc., and controls the drive of the rotary electric machine 100.
  • the rotary electric machine 100 is a motor for driving the vehicle and a motor for operating various parts of the vehicle (for example, power steering, door opening / closing).
  • the rotary electric machine drive system includes a DC power supply 201, a smoothing capacitor 202, a control microcomputer 203, a drive circuit 204, and an inverter circuit 210.
  • the rotating electric machine 100 is a three-phase AC rotating electric machine with independent two-system Y connection. That is, the rotary electric machine 100 includes three-phase armature windings 102 u1 , 102 v1 , and 102 w1 respectively corresponding to the U 1 phase, V 1 phase, and W 1 phase of the first system, and the U 2 of the second system. It has three-phase armature windings 102 u2 , 102 v2 , and 102 w2 corresponding to the respective phases, V 2 phase, and W 2 phase. Since the armature windings 102 u to 102 w of each system are provided independently of each other, different currents can flow in each phase. The armature windings are connected at neutral points n 1 and n 2 for each system. The neutral points n 1 and n 2 may be provided inside the rotary electric machine 100 as shown in the drawing, but may be provided outside.
  • the inverter circuit 210 drives the rotating electric machine 100 by independently controlling the currents flowing through the armature windings 102 u to 102 w .
  • a position detector 110 that detects the magnetic pole position of the rotating electric machine 100 is attached to the output shaft of the rotating electric machine 100. The detection result of the magnetic pole position by the position detection unit 110 is output to the control microcomputer 203.
  • the DC power supply 201 supplies DC power to the inverter circuit 210 via the DC buses 201a and 201b.
  • a secondary battery such as a lithium ion battery can be used.
  • the smoothing capacitor 202 is for absorbing the fluctuation of the DC voltage caused by the operation of the inverter circuit 210, and is connected in parallel with the inverter circuit 210 between the DC bus 201a and the DC bus 201b.
  • the control microcomputer 203 performs a predetermined current control calculation, and outputs a control signal instructing the output voltage and output current of each phase to the drive circuit 204 based on the calculation result.
  • the drive circuit 204 outputs drive signals G u1 , G v1 , and G w1 to the bridge circuits 211 u1 , 211 v1 , and 211 w1 of the respective phases of the inverter circuit 210, respectively.
  • the control microcomputer 203 controls the inverter circuit 210 through the driving circuit 204.
  • the inverter circuit 210 includes bridge circuits 211 u1 , 211 v1 , and 211 w1 respectively corresponding to the U-phase, V-phase, and W-phase of the first system.
  • Each of the bridge circuits 211 u1 , 211 v1 , and 211 w1 has an IGBT that functions as a switching element of each of the upper and lower arms, and a diode provided in parallel with each IGBT.
  • each IGBT performs a switching operation according to the drive signals G u1 , G v1 , G w1 from the drive circuit 204.
  • the DC power supplied from the DC power supply 201 is converted into three-phase AC power, and each phase of the rotary electric machine 100 is supplied from the bridge circuits 211 u1 , 211 v1 , and 211 w1 via the AC output line 120 of each phase.
  • An alternating current is output to each of the armature windings 102 u1 , 102 v1 , and 102 w1 .
  • the AC output line 120 of each phase is provided with a current sensor 130 for detecting each current flowing in the armature windings 102 u1 , 102 v1 , 102 w1 of the rotary electric machine 100.
  • the current sensor 130 is provided inside the inverter circuit 210, but may be provided outside.
  • the current value of each phase detected by the current sensor 130 is output to the control microcomputer 203.
  • the control microcomputer 203 performs a predetermined current control based on a user's operation, a control command input from another ECU, a current value of each phase input from the current sensor 130, and a magnetic pole position detected by the position detector 110. Calculation is performed, and based on the calculation result, a control signal that instructs the drive circuit 204 to output the drive signals G u1 , G v1 , and G w1 of each phase is output.
  • control microcomputer 203 The operation of the control microcomputer 203, the drive circuit 204, and the inverter circuit 210 has been described above for the first system, but the same applies to the second system.
  • control microcomputer 203 When the control microcomputer 203 detects an abnormality in the current of the U 1 phase based on the measurement value of the current sensor 130 of the U phase (U 1 phase) of the first system, the control microcomputer 203 detects another phase (V 1 Currents flowing through the V 1 -phase and W 1 -phase windings are controlled so that the first single-phase H-bridge circuit is configured by the windings of the W 1 -phase). Similarly, also in the second system, the control microcomputer 203 configures the V 2 phase and the W 2 phase so that the windings of the corresponding phases (V 2 phase, W 2 phase) form the second single-phase H bridge circuit. Control the current flowing through the winding.
  • the first single-phase circuit includes a two-phase coil in which windings of V 1 phase and W 1 phase other than the failed phase are connected in series via a neutral point, and V 1 phase and W 1 of the inverter circuit 210. It is composed of an H-bridge circuit composed of phase transistors.
  • the second single-phase circuit includes a two-phase coil in which windings of V 2 phase and W 2 phase other than the stopped phase are connected in series via a neutral point, and the V 2 phase and W of the inverter circuit 210. It is composed of an H-bridge circuit composed of two- phase transistors.
  • the current of each phase is abnormal means that a current different from the normal state is flowing, such as the current flowing through the winding of each phase is zero. That is, the control microcomputer 203 controls the current and voltage of each phase so as to reach the current target value, but if the measured value of the current sensor 130 deviates from the current target value by a predetermined threshold value or more, it is determined to be abnormal. , It is good to detect the failure of the phase.
  • the current phases of the first single-phase circuit and the second single-phase circuit can be controlled independently. That is, the control microcomputer 203 controls the phase of the current flowing through the first single-phase circuit and the phase of the current flowing through the second single-phase circuit so that the total power of the two single-phase circuits becomes constant. Specifically, when the rotary electric machine drive system (control microcomputer 203) detects the failure of one phase of one of the two systems, it stops one phase of the normal system and operates independently for each system. A phase H bridge circuit (first single-phase circuit, second single-phase circuit), and a current phase flowing through the first single-phase circuit so that the total power of the two single-phase circuits becomes constant, and Controls the phase of the current flowing in the single-phase circuit.
  • the rotary electric machine 100 can be continuously operated until the failure of one phase of each system.
  • the phase of the current I vw1 flowing through the winding of the first system and the second system so that the pulsation of the power of the single-phase circuit of the first system and the pulsation of the power of the single-phase circuit of the second system cancel each other out. It is possible to control the phase of the current I vw2 flowing through the winding of the system, supply electric power with pulsation suppressed to the rotary electric machine 100, and generate torque with less pulsation.
  • FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a rotary electric machine drive system and a rotary electric machine according to a second embodiment of the present invention.
  • the same configurations as those in the first embodiment will be denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
  • the rotary electric machine drive system is connected to the rotary electric machine 100 used in a hybrid vehicle (HEV), an electric vehicle (EV), and controls the drive of the rotary electric machine 100.
  • the rotary electric machine drive system includes a DC power supply 201, a smoothing capacitor 202, a control microcomputer 203, a drive circuit 204, and an inverter circuit 210.
  • the rotating electric machine 100 of the second embodiment is a three-phase AC rotating electric machine with independent two-system Y connection, and in each system, the control microcomputer 203 is provided between the winding of each phase and the neutral points n 1 and n 2 . It has a neutral point relay 140 controlled by.
  • the neutral point relay 140 may be provided inside the rotary electric machine 100 as shown in the drawing, but may be provided outside. For example, when the neutral points n 1 and n 2 are provided outside the rotary electric machine 100, the neutral point relay 140 is provided outside the rotary electric machine 100.
  • the control microcomputer 203 controls the neutral point relay 140 to open the contact in order to cut off the current flowing in the abnormal phase (U 1 phase). Similarly, the control microcomputer 203 controls the neutral point relay 140 to open the contact in order to cut off the current flowing in the corresponding phase (U 2 phase) in the normal system.
  • the neutral point relay 140 opens between the neutral point and the winding of the second system corresponding to the failed phase, and the second system is opened. It is possible to prevent the current due to the induced voltage generated by the interlinkage between the magnetic flux of the magnet and the winding in the phase stopped at.
  • FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a rotary electric machine drive system and a rotary electric machine according to a third embodiment of the present invention.
  • the same configurations as those in the first embodiment will be denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
  • the rotary electric machine drive system of the third embodiment is connected to the rotary electric machine 100 used in a hybrid vehicle (HEV), an electric vehicle (EV), etc., and controls the drive of the rotary electric machine 100.
  • the rotary electric machine drive system includes a DC power supply 201, a smoothing capacitor 202, a control microcomputer 203, a drive circuit 204, and an inverter circuit 210.
  • the rotary electric machine 100 of the third embodiment is a three-phase AC rotary electric machine with independent two-system Y connection, and in each system, a relay controlled by the control microcomputer 203 between the winding of each phase and the inverter circuit 210.
  • Has 150 The relay 150 may be provided outside the rotary electric machine 100 as shown in the figure, but may be provided inside the rotary electric machine 100.
  • the relay 150 opens between the second system winding corresponding to the failed phase and the inverter circuit 210, and the second system stops. In the phase, it is possible to prevent a current due to an induced voltage generated by the interlinkage between the magnetic flux of the magnet and the winding.
  • FIG. 4 is a diagram showing changes in the no-load induced voltage of the rotary electric machine 100 during normal operation.
  • the relationship between the electrical angle and the phase of the induced voltage in the winding of each phase depends on the configuration of the winding of the rotating electric machine 100, but induced voltages of different phases are generated in the windings of each phase of each system, and But different currents flow.
  • the control microcomputer 203 stops the U phase and operates the V phase and the W phase in the first system and the second system. Then, a current having the phase shown in FIG. 5 is passed through each system. In this case, the electric power of each system changes as shown in FIG. 6, and is converted into a mechanical output obtained by subtracting the copper loss component and the reactive power component from the combined electric power P_in of the first system and the second system.
  • the power can be controlled to be constant.
  • Equation 1 The voltage equation of the first system of the rotating electric machine 100 during normal operation is represented by Equation 1, and the voltage equation of the second system is represented by Equation 2.
  • v u1N , v v1N , and v w1N are terminal voltages of the U-phase, V-phase, and W-phase windings of the first system, respectively
  • v u2N , v v2N , and v w2N are the second system, respectively. Is the terminal voltage of the U-phase, V-phase, and W-phase windings.
  • Ri u1 , Ri v1 , Ri w1 , Ri u2 , Ri v2 , Ri w2 are winding resistances
  • L is winding inductance
  • i u1 , i v1 , and i w1 are currents flowing in the U-phase, V-phase, and W-phase windings of the first system, respectively
  • i u2 , i v2 , and i w2 are U-phases of the second system, respectively. It is a current flowing through the V-phase and W-phase windings.
  • e u1n1 , e v1n1 , and ew1n1 are U-phase, V-phase, and W-phase no-load induced voltages of the first system, and eu2n2 , ev2n2 , and ew2n2 are U-phase and V of the second system, respectively. No-load induced voltage of phase W and phase W.
  • Equation 3 the voltage equation of the first system when the U-phase is lost is expressed by Equation 3.
  • v vw1 is a voltage output to the winding from the first single-phase circuit including the V phase and the W phase
  • i vw1 is the first voltage including the V phase and the W phase. It is the current flowing through the single-phase circuit, and the other parameters are the same as the above-mentioned equations.
  • Equation 4 the voltage equation of the second system when the U phase is lost is represented by Equation 4.
  • v vw2 is a voltage output from the second single-phase circuit including the V phase and the W phase to the winding
  • i vw2 is the second voltage including the V phase and the W phase. It is the current flowing through the single-phase circuit, and the other parameters are the same as the above-mentioned equations.
  • Equation 5 the input power P vw1_in of the first system when the U phase is lost is expressed by Equation 5
  • the input power P vw2_in of the second system when the U phase is lost is expressed by Equation 6.
  • the parameters in the equations 5 and 6 are the same as the above-mentioned equations.
  • the first term represents the copper loss component
  • the second term represents the reactive power component
  • the third term represents the mechanical output component.
  • Power P _in input to the rotating electrical machine 100 as shown in Equation 7, the sum of the input power P Vw2_in input power P Vw1_in a second system of the first system.
  • the mechanical output P_out of the rotary electric machine 100 is a value obtained by subtracting the copper loss component and the reactive power component from the sum of the input power of the first system and the input power of the second system, as shown in Expression 8. Then, the control microcomputer 203 flows in the winding of the first system so that the electric power converted into the mechanical output obtained by subtracting the copper loss component and the reactive power component of the input electric power P_in of the rotating electric machine 100 becomes constant.
  • the phase of the current i vw1 and the phase of the current i vw2 flowing through the winding of the second system are controlled.
  • the mechanical output P_out of the rotary electric machine 100 can be made constant.
  • the torque output by the rotary electric machine 100 is a value obtained by dividing the mechanical output by the angular velocity of the shaft, as shown in Expression 9. Therefore, by controlling the input electric power P_in of the rotary electric machine 100 to be constant, the output torque when the rotary electric machine 100 is rotating at a constant speed can be controlled to be constant.
  • the phase to be stopped in the normal second system may be changed according to the configuration of the winding of the rotating electric machine 100.
  • the same phase as the phase that has failed in the first system may be stopped in the second system.
  • the U system also stops in the second system.
  • the windings of the rotary electric machine 100 are concentrated windings, it is preferable to stop the phase different from the phase failed in the first system in the second system. Specifically, if an abnormality occurs in the U phase in the first system, the V phase or W phase is stopped in the second system.
  • the control microcomputer 203 stops the U phase and operates the V phase and the W phase in the first system, and stops the V phase and operates the W phase and the U phase in the second system. Then, a current having a phase shown in FIG. 7 is passed through each system. In this case, the electric power of each system changes as shown in FIG. 8 and is converted into a mechanical output obtained by subtracting the copper loss component and the reactive power component from the combined electric power P_in of the first system and the second system. The power can be controlled to be constant.
  • the control microcomputer 203 stops the W phase in the first system, operates the U phase and the V phase, and stops the V phase in the second system and operates the W phase and the U phase. Then, a current having the phase shown in FIG. 10 is supplied to each system. In this case, the electric power of each system changes as shown in FIG. 11, and is converted into a mechanical output obtained by subtracting the copper loss component and the reactive power component from the combined electric power P_in of the first system and the second system. The power can be controlled to be constant.
  • the second system when a failure occurs in one phase of the first system, the second system is operated in two phases, but switched to three-phase control in which three phases of the second system are operated. May be.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, but includes various modifications and equivalent configurations within the scope of the appended claims.
  • the above-described embodiments have been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and the present invention is not necessarily limited to those having all the configurations described.
  • part of the configuration of one embodiment may be replaced with the configuration of another embodiment.
  • the configuration of another embodiment may be added to the configuration of one embodiment.
  • a part of the configuration of each embodiment may be added, deleted, or replaced with another configuration.
  • each of the above-mentioned configurations, functions, processing units, processing means, etc. may be realized by hardware, for example, by designing a part or all of them with an integrated circuit, and the processor realizes each function. It may be realized by software by interpreting and executing the program.
  • Information such as programs, tables, and files that realize each function can be stored in a memory, a hard disk, a storage device such as SSD (Solid State Drive), or a recording medium such as an IC card, SD card, or DVD.
  • SSD Solid State Drive
  • control lines and information lines are shown to be necessary for explanation, and not all the control lines and information lines necessary for implementation are shown. In reality, it can be considered that almost all configurations are connected to each other.

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Abstract

本発明の課題は、各系統において１相の故障までは運転を継続することである。　駆動システムであって、独立してＹ結線された第１系統の巻線と第２系統の巻線とを有する回転電機を動作させるために交流電流を出力するインバータ回路と、前記インバータ回路に制御信号を出力する制御装置とを有し、前記第１系統の巻線のいずれかの相の巻線に流れる電流に異常が生じた場合、前記第１系統の巻線の他の複数の相によって第１単相回路が構成されるように、前記第１系統の巻線に流れる電流を制御し、前記第２系統の巻線のいずれかの相の電流を停止することによって第２単相回路が構成されるように、前記第２系統の巻線に流れる電流を制御し、前記第１単相回路及び前記第２単相回路で流れる電力を合成した合成電力のうち機械出力に変換される電力が一定になるように、前記第１単相回路の電流位相と前記第２単相回路の電流位相とを制御する。

Description

駆動システム及び制御方法
　本発明は、回転電機を駆動する駆動システムに関し、特に、独立した２系統のＹ結線を有する回転電機を駆動するシステムに関する。
　本技術分野の背景技術として、特開２０１３－２１５０４０号公報（特許文献１）がある。特開２０１３－２１５０４０号公報には、「第１系統にて故障検出手段がインバータ部の故障を検出すると、駆動制御手段は、インバータ部の駆動を停止する。また、開閉制御手段は、電力供給源開閉部の第１電源リレーをオフし、第２電源リレーをオンする。インバータ部の駆動が停止した状態で、外力による回転でモータの第１巻線組に発生した誘起電圧は、インバータ部から第２電源リレーを通り、さらに第１電源リレーの寄生ダイオードを通ってバッテリへ回生する。これにより、故障系統の回路素子の破損を防止する。（要約参照）」と記載されている。
特開２０１３－２１５０４０号公報
　しかしながら、前述の先行技術（特許文献１）は、故障系統の回路素子の破損防止を目的とするものであり、故障した相を切り離した運転の継続は考慮されていない。
　本願において開示される発明の代表的な一例を示せば以下の通りである。すなわち、駆動システムであって、Ｙ結線された第１系統の巻線と、前記第１系統の巻線と独立してＹ結線された第２系統の巻線とを有する回転電機を動作させるために三相以上の交流電流を出力するインバータ回路と、前記インバータ回路に制御信号を出力する制御装置とを有し、前記駆動システムは、前記第１系統の巻線のいずれかの相の巻線に流れる電流に異常が生じた場合、前記第１系統の巻線の他の複数の相によって第１単相回路が構成されるように、前記インバータ回路から供給され前記第１系統の巻線に流れる電流を制御し、前記第２系統の巻線のいずれかの相の電流を停止することによって第２単相回路が構成されるように、前記インバータ回路から供給され前記第２系統の巻線に流れる電流を制御し、前記第１単相回路及び前記第２単相回路で流れる電力を合成した合成電力のうち機械出力に変換される電力が一定になるように、前記第１単相回路の電流位相と前記第２単相回路の電流位相とを制御する。
　本発明の一態様によれば、各系統において１相の故障までは運転を継続できる。前述した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施例の説明によって明らかにされる。
実施例１の回転電機駆動システム及び回転電機の構成を示す図である。 実施例２の回転電機駆動システム及び回転電機の構成を示す図である。 実施例３の回転電機駆動システム及び回転電機の構成を示す図である。 正常時の回転電機の無負荷誘起電圧の変化を示す図である。 Ｕ相停止時の各系統の巻線に流れる電流を示す図である。 Ｕ相停止時の各系統の電力を示す図である。 第１系統と第２系統とで異なる相を停止する場合に各系統の巻線に流れる電流を示す図である。 第１系統と第２系統とで異なる相を停止する場合の各系統の電力を示す図である。 正常時の回転電機の無負荷誘起電圧の変化を示す図である。 第１系統と第２系統とで異なる相を停止する場合に各系統の巻線に流れる電流を示す図である。 第１系統と第２系統とで異なる相を停止する場合の各系統の電力を示す図である。
　＜実施例１＞
　図１は、本発明の実施例１の回転電機駆動システム及び回転電機の構成を示す図である。
　実施例１の回転電機駆動システムは、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）や電気自動車（ＥＶ）などに利用される回転電機１００と接続されており、回転電機１００の駆動を制御する。回転電機１００は、車両の走行用のモータや、車両の各部の動作（例えば、パワーステアリング、ドア開閉）のモータである。回転電機駆動システムは、直流電源２０１、平滑コンデンサ２０２、制御マイコン２０３、駆動回路２０４及びインバータ回路２１０を有する。
　回転電機１００は、独立２系統Ｙ結線の三相式交流回転電機である。すなわち、回転電機１００は、第１系統のＵ１相、Ｖ１相、Ｗ１相のそれぞれに対応する三相の電気子巻線１０２ｕ１、１０２ｖ１、１０２ｗ１と、第２系統のＵ２相、Ｖ２相、Ｗ２相のそれぞれに対応する三相の電気子巻線１０２ｕ２、１０２ｖ２、１０２ｗ２とを有する。各系統の電気子巻線１０２ｕ～１０２ｗは、互いに独立して設けられているので、各相で異なる電流を流すことができる。電機子巻線は各系統ごとに中性点ｎ１、ｎ２で接続されている。中性点ｎ１、ｎ２は、図示するように回転電機１００の内部に設けられてもよいが、外部に設けられてもよい。
　インバータ回路２１０は、電気子巻線１０２ｕ～１０２ｗに流れる電流を独立に制御することによって、回転電機１００を駆動する。回転電機１００の出力軸には、回転電機１００の磁極位置を検出する位置検出部１１０が取り付けられている。位置検出部１１０による磁極位置の検出結果は、制御マイコン２０３に出力される。
　直流電源２０１は、直流母線２０１ａ、２０１ｂを介してインバータ回路２１０に直流電力を供給する。直流電源２０１には、例えばリチウムイオン電池等の二次電池などを利用できる。
　平滑コンデンサ２０２は、インバータ回路２１０の動作に伴って生じる直流電圧の変動を吸収するためのものであり、直流母線２０１ａと直流母線２０１ｂの間に、インバータ回路２１０と並列に接続されている。
　制御マイコン２０３は、所定の電流制御演算を行い、その演算結果に基づいて、駆動回路２０４に各相の出力電圧及び出力電流を指示する制御信号を出力する。駆動回路２０４は、インバータ回路２１０の各相のブリッジ回路２１１ｕ１、２１１ｖ１、２１１ｗ１に、ドライブ信号Ｇｕ１、Ｇｖ１、Ｇｗ１をそれぞれ出力する。このドライブ信号Ｇｕ１、Ｇｖ１、Ｇｗ１に応じてブリッジ回路２１１ｕ１、２１１ｖ１、２１１ｗ１をそれぞれ動作させることによって、制御マイコン２０３は駆動回路２０４を介してインバータ回路２１０を制御する。
　インバータ回路２１０は、第１系統のＵ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれに対応するブリッジ回路２１１ｕ１、２１１ｖ１、２１１ｗ１を有する。各ブリッジ回路２１１ｕ１、２１１ｖ１、２１１ｗ１は、上下の各アームのスイッチング素子として機能するＩＧＢＴと、各ＩＧＢＴと並列に設けられたダイオードとを有する。ブリッジ回路２１１ｕ１、２１１ｖ１、２１１ｗ１において、各ＩＧＢＴは、駆動回路２０４からのドライブ信号Ｇｕ１、Ｇｖ１、Ｇｗ１に従ってスイッチング動作を行う。これにより、直流電源２０１から供給された直流電力が三相交流電力に変換され、ブリッジ回路２１１ｕ１、２１１ｖ１、２１１ｗ１から各相の交流出力線１２０を介して、回転電機１００の各相の電気子巻線１０２ｕ１、１０２ｖ１、１０２ｗ１のそれぞれに交流電流が出力される。
　各相の交流出力線１２０には、回転電機１００の電気子巻線１０２ｕ１、１０２ｖ１、１０２ｗ１に流れる各電流を検出するための電流センサ１３０がそれぞれ設けられる。図示した例では、電流センサ１３０は、インバータ回路２１０の内部に設けたが、外部に設けてもよい。電流センサ１３０により検出された各相の電流値は、制御マイコン２０３に出力される。制御マイコン２０３は、ユーザの操作や他のＥＣＵから入力された制御指令、電流センサ１３０から入力される各相の電流値、及び位置検出部１１０による磁極位置の検出に基づいて、所定の電流制御演算を行い、その演算結果に基づいて、各相のドライブ信号Ｇｕ１、Ｇｖ１、Ｇｗ１の出力を駆動回路２０４に指示する制御信号を出力する。
　以上、第１系統について、制御マイコン２０３、駆動回路２０４及びインバータ回路２１０の動作を説明したが、第２系統でも同様に動作する。
　制御マイコン２０３は、第１系統のＵ相（Ｕ１相）の電流センサ１３０の測定値によってＵ１相の電流に異常を検出した場合、当該故障が検出された系統の他の相（Ｖ１相、Ｗ１相）の巻線で第１単相Ｈブリッジ回路を構成するように、Ｖ１相及びＷ１相の巻線に流れる電流を制御する。同様に、制御マイコン２０３は、第２系統においても、対応する相（Ｖ２相、Ｗ２相）の巻線で第２単相Ｈブリッジ回路を構成するように、Ｖ２相及びＷ２相の巻線に流れる電流を制御する。すなわち、第１単相回路は、故障した相以外のＶ１相及びＷ１相の巻線が中性点を介して直列接続された２相コイル、及びインバータ回路２１０のＶ１相及びＷ１相のトランジスタによるＨブリッジ回路から構成される。同様に、第２単相回路は、停止した相以外のＶ２相及びＷ２相の巻線が中性点を介して直列接続された２相コイル、及びインバータ回路２１０のＶ２相及びＷ２相のトランジスタによるＨブリッジ回路から構成される。
　各相の電流が異常であるとは、各相の巻線に流れる電流が０であるなど、正常状態と異なる電流が流れている状態である。すなわち、制御マイコン２０３は、電流目標値となるように各相の電流及び電圧を制御するが、電流センサ１３０の測定値が電流目標値と所定の閾値以上乖離していれば異常と判断して、当該相の失陥を検出するとよい。
　第１単相回路及び第２単相回路の電流の位相は、各々独立して制御できる。すなわち、制御マイコン２０３は、二つの単相回路の電力の合計が一定になるように、第１単相回路に流れる電流の位相、及び第２単相回路に流れる電流の位相を制御する。具体的には、回転電機駆動システム（制御マイコン２０３）は、２系統のうち１系統の一つの相の失陥を検出した場合、正常な系統の１相を停止させ、各系統で独立した単相Ｈブリッジ回路（第１単相回路、第２単相回路）を構成し、二つの単相回路の電力の合計が一定になるように、第１単相回路に流れる電流位相、及び第２単相回路に流れる電流位相を制御する。
　以上に説明したように、実施例１の回転電機駆動システムでは、各系統１相の故障までは回転電機１００を継続して運転できる。このとき、第１系統の単相回路の電力の脈動と第２系統の単相回路の電力の脈動とが相殺するように、第１系統の巻線に流れる電流Ｉｖｗ１の位相、及び第２系統の巻線に流れる電流Ｉｖｗ２の位相を制御し、回転電機１００に脈動が抑制された電力を供給し、脈動が少ないトルクを発生できる。
　＜実施例２＞
　図２は、本発明の実施例２の回転電機駆動システム及び回転電機の構成を示す図である。実施例２においては、実施例１との相違点を説明し、実施例１と同じ構成には同じ符号を付し、それらの説明は省略する。
　実施例２の回転電機駆動システムは、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）や電気自動車（ＥＶ）などに利用される回転電機１００と接続されており、回転電機１００の駆動を制御する。回転電機駆動システムは、直流電源２０１、平滑コンデンサ２０２、制御マイコン２０３、駆動回路２０４及びインバータ回路２１０を有する。
　実施例２の回転電機１００は、独立２系統Ｙ結線の三相式交流回転電機であり、各系統において、各相の巻線と中性点ｎ１、ｎ２との間に、制御マイコン２０３に制御される中性点リレー１４０を有する。中性点リレー１４０は、図示するように回転電機１００の内部に設けられてもよいが、外部に設けられてもよい。例えば、中性点ｎ１、ｎ２が回転電機１００の外部に設けられる場合、中性点リレー１４０は回転電機１００の外部に設けられる。
　制御マイコン２０３は、異常が生じた相（Ｕ１相）に流れる電流を遮断するために、接点を開放するように中性点リレー１４０を制御する。同様に、制御マイコン２０３は、正常な系統で対応する相（Ｕ２相）に流れる電流を遮断するために、接点を開放するように中性点リレー１４０を制御する。
　以上に説明したように、実施例２の回転電機駆動システムでは、失陥した相に対応する第２系統の巻線と中性点との間を中性点リレー１４０によって開放し、第２系統で停止した相において磁石磁束と巻線との鎖交により発生する誘起電圧による電流を防止できる。
　＜実施例３＞
　図３は、本発明の実施例３の回転電機駆動システム及び回転電機の構成を示す図である。実施例３においては、実施例１との相違点を説明し、実施例１と同じ構成には同じ符号を付し、それらの説明は省略する。
　実施例３の回転電機駆動システムは、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）や電気自動車（ＥＶ）などに利用される回転電機１００と接続されており、回転電機１００の駆動を制御する。回転電機駆動システムは、直流電源２０１、平滑コンデンサ２０２、制御マイコン２０３、駆動回路２０４及びインバータ回路２１０を有する。
　実施例３の回転電機１００は、独立２系統Ｙ結線の三相式交流回転電機であり、各系統において、各相の巻線とインバータ回路２１０との間に、制御マイコン２０３に制御されるリレー１５０を有する。リレー１５０は、図示するように回転電機１００の外部に設けられてもよいが、内部に設けられてもよい。
　以上に説明したように、実施例３の回転電機駆動システムでは、失陥した相に対応する第２系統の巻線とインバータ回路２１０との間をリレー１５０によって開放し、第２系統で停止した相において磁石磁束と巻線との鎖交により発生する誘起電圧による電流を防止できる。
　＜電圧波形、電流波形、電力波形＞
　次に、前述した実施例の制御による電圧波形、電流波形、及び電力波形について説明する。
　図４は、正常動作時の回転電機１００の無負荷誘起電圧の変化を示す図である。電気角と各相の巻線の誘起電圧の位相との関係は回転電機１００の巻線の構成にもよるが、各系統の各相の巻線には位相が異なる誘起電圧が発生し、位相が異なる電流が流れる。
　＜同じ相を停止する制御＞
　まず、第１系統と第２系統とで同じ相を停止する制御について説明する。制御マイコン２０３は、第１系統及び第２系統においてＵ相を停止し、Ｖ相とＷ相を動作させる。そして、各系統に図５に示す位相の電流を流す。この場合、各系統の電力は、図６に示すように変化し、第１系統と第２系統との合成電力Ｐ＿ｉｎのうち、銅損分及び無効電力分を減じた機械出力に変換される電力が一定になるように制御できる。
　正常動作時の回転電機１００の第１系統の電圧方程式は式１で表され、第２系統の電圧方程式は式２で表される。下式において、ｖｕ１Ｎ、ｖｖ１Ｎ、ｖｗ１Ｎは、それぞれ第１系統のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の巻線の端子電圧であり、ｖｕ２Ｎ、ｖｖ２Ｎ、ｖｗ２Ｎは、それぞれ第２系統のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の巻線の端子電圧である。また、Ｒｉｕ１、Ｒｉｖ１、Ｒｉｗ１、Ｒｉｕ２、Ｒｉｖ２、Ｒｉｗ２は巻線の抵抗、Ｌは巻線のインダクタンスである。ｉｕ１、ｉｖ１、ｉｗ１は、それぞれ第１系統のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の巻線に流れる電流であり、ｉｕ２、ｉｖ２、ｉｗ２は、それぞれ第２系統のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の巻線に流れる電流である。ｅｕ１ｎ１、ｅｖ１ｎ１、ｅｗ１ｎ１は、それぞれ第１系統のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の無負荷誘起電圧であり、ｅｕ２ｎ２、ｅｖ２ｎ２、ｅｗ２ｎ２は、それぞれ第２系統のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の無負荷誘起電圧である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　また、Ｕ相欠損時における第１系統の電圧方程式は式３で表される。下式において、ｖｖｗ１は、Ｖ相とＷ相とで構成される第１単相回路から巻線に出力される電圧であり、ｉｖｗ１は、Ｖ相とＷ相とで構成される第１単相回路に流れる電流であり、他のパラメータは前述した式と同じである。
　同様に、Ｕ相欠損時における第２系統の電圧方程式は式４で表される。下式において、ｖｖｗ２は、Ｖ相とＷ相とで構成される第２単相回路から巻線に出力される電圧であり、ｉｖｗ２は、Ｖ相とＷ相とで構成される第２単相回路に流れる電流であり、他のパラメータは前述した式と同じである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　そして、Ｕ相欠損時における第１系統の入力電力Ｐｖｗ１＿ｉｎは、式５で表され、Ｕ相欠損時における第２系統の入力電力Ｐｖｗ２＿ｉｎは式６で表される。式５及び式６におけるパラメータは前述した式と同じである。式５及び式６の２行目において、第１項は銅損分を表し、第２項は無効電力分を表し、第３項は機械出力分を表す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　回転電機１００に入力される電力Ｐ＿ｉｎは、式７に示すように、第１系統の入力電力Ｐｖｗ１＿ｉｎと第２系統の入力電力Ｐｖｗ２＿ｉｎとの和となる。回転電機１００の機械出力Ｐ＿ｏｕｔは、式８に示すように、第１系統の入力電力と第２系統の入力電力の和から、銅損分及び無効電力分を減じた値となる。そして、制御マイコン２０３は、回転電機１００の入力電力Ｐ＿ｉｎのうち、銅損分及び無効電力分を減じた機械出力に変換される電力が一定になるように、第１系統の巻線に流れる電流ｉｖｗ１の位相、及び第２系統の巻線に流れる電流ｉｖｗ２の位相を制御する。これによって、回転電機１００の機械出力Ｐ＿ｏｕｔを一定にできる。回転電機１００が出力するトルクは、式９に示すように、機械出力を軸の角速度で除した値となる。このため、回転電機１００の入力電力Ｐ＿ｉｎを一定に制御することによって、回転電機１００の定速回転時での出力トルクを一定に制御できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
　以上に説明した二つの単相回路を構成する動作時に、正常な第２系統において、停止する相は回転電機１００の巻線の構成によって変えるとよい。例えば、回転電機１００の巻線が分布巻である場合、第１系統で失陥した相と同一の相を第２系統でも停止するとよい。具体的には、第１系統でＵ相に異常が生じたら、第２系統もＵ相を停止する。一方、回転電機１００の巻線が集中巻である場合、第１系統で失陥した相と異なる相を第２系統で停止するとよい。具体的には、第１系統でＵ相に異常が生じたら、第２系統ではＶ相又はＷ相を停止する。
　＜系統間で位相差がある場合に異なる相を停止する制御＞
　次に、図７及び図８を用いて、図４に示すように第１系統と第２系統とで位相差がある場合において、第１系統と第２系統とで異なる相を停止する制御について説明する。
　制御マイコン２０３は、第１系統ではＵ相を停止し、Ｖ相とＷ相を動作させ、第２系統ではＶ相を停止し、Ｗ相とＵ相を動作させる。そして、各系統に図７に示す位相の電流を流す。この場合、各系統の電力は、図８に示すように変化し、第１系統と第２系統との合成電力Ｐ＿ｉｎのうち、銅損分及び無効電力分を減じた機械出力に変換される電力が一定になるように制御できる。
　＜系統間で位相差がない場合に異なる相を停止する制御＞
　次に、図９、図１０及び図１１を用いて、図９に示すように第１系統と第２系統とで位相差がない（又は、極めて小さい）場合において、第１系統と第２系統とで異なる相を停止する制御について説明する。回転電機１００は、図９に示すように第１系統と第２系統とで同じ相には位相差がないように巻線が構成されており、同じ相には同じ位相の無負荷誘起電圧が生じる。
　制御マイコン２０３は、第１系統ではＷ相を停止し、Ｕ相とＶ相を動作させ、第２系統ではＶ相を停止し、Ｗ相とＵ相を動作させる。そして、各系統に図１０に示す位相の電流を流す。この場合、各系統の電力は、図１１に示すように変化し、第１系統と第２系統との合成電力Ｐ＿ｉｎのうち、銅損分及び無効電力分を減じた機械出力に変換される電力が一定になるように制御できる。
　以上に説明した制御によって、各系統１相の故障時に回転電機１００に脈動を抑制するような電力を供給し、脈動が少ないトルクを発生して、回転電機１００を継続して運転できる。
　なお、本実施例では、第１系統の一つの相に失陥が生じた場合に、第２系統を二つの相で動作させるが、第２系統の三つの相で動作する三相制御に切り替えてもよい。
　また、第２系統の一つの相の巻線を停止して二つの相で動作している間、動作中の二つの相のうち一方に異常が生じた場合、当該異常が生じた相を停止し、動作可能な二つの相（最初に停止した一相を含む）で動作するとよい。
　なお、本発明は前述した実施例に限定されるものではなく、添付した特許請求の範囲の趣旨内における様々な変形例及び同等の構成が含まれる。例えば、前述した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに本発明は限定されない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えてもよい。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えてもよい。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をしてもよい。
　また、前述した各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等により、ハードウェアで実現してもよく、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し実行することにより、ソフトウェアで実現してもよい。
　各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリ、ハードディスク、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ　Ｓｔａｔｅ　Ｄｒｉｖｅ）等の記憶装置、又は、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に格納することができる。
　また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、実装上必要な全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には、ほとんど全ての構成が相互に接続されていると考えてよい。
１００　回転電機
１０２　電気子巻線
１１０　位置検出部
１２０　交流出力線
１３０　電流センサ
１４０　中性点リレー
１５０　リレー
２０１　直流電源
２０２　平滑コンデンサ
２０３　制御マイコン
２０４　駆動回路
２１０　インバータ回路
２１１　ブリッジ回路
ｎ１、ｎ２　中性点

Claims (6)

  1. 　駆動システムであって、
    　Ｙ結線された第１系統の巻線と、前記第１系統の巻線と独立してＹ結線された第２系統の巻線とを有する回転電機を動作させるために三相以上の交流電流を出力するインバータ回路と、
    　前記インバータ回路に制御信号を出力する制御装置とを有し、
    　前記駆動システムは、
    　前記第１系統の巻線のいずれかの相の巻線に流れる電流に異常が生じた場合、前記第１系統の巻線の他の複数の相によって第１単相回路が構成されるように、前記インバータ回路から供給され前記第１系統の巻線に流れる電流を制御し、
    　前記第２系統の巻線のいずれかの相の電流を停止することによって第２単相回路が構成されるように、前記インバータ回路から供給され前記第２系統の巻線に流れる電流を制御し、
    　前記第１単相回路及び前記第２単相回路で流れる電力を合成した合成電力のうち機械出力に変換される電力が一定になるように、前記第１単相回路の電流位相と前記第２単相回路の電流位相とを制御する駆動システム。
  2. 　請求項１に記載の駆動システムであって、
    　前記第１系統のいずれかの相の巻線に流れる電流に異常が生じた場合、前記第１系統で異常が生じた相と同じ相の前記第２系統の巻線への電流の供給を停止する駆動システム。
  3. 　請求項１に記載の駆動システムであって、
    　前記第１系統のいずれかの相の巻線に流れる電流に異常が生じた場合、前記第１系統で異常が生じた相と異なる相の前記第２系統の巻線への電流の供給を停止する駆動システム。
  4. 　請求項１から３のいずれか一つに記載の駆動システムであって、
    　前記第１系統及び前記第２系統において、各相の巻線と中性点との間にリレーを有し、
    　前記電流に異常が生じた相の巻線に流れる電流を遮断するように前記リレーを動作させる駆動システム。
  5. 　請求項１から３のいずれか一つに記載の駆動システムであって、
    　前記第１系統及び前記第２系統において、各相の巻線と前記インバータ回路との間にリレーを有し、
    　前記電流に異常が生じた相の巻線に流れる電流を遮断するように前記リレーを動作させる駆動システム。
  6. 　駆動システムが回転電機を駆動する制御方法であって、
    　前記駆動システムは前記回転電機を動作させるために三相以上の交流電流を出力するインバータ回路と、
    　前記インバータ回路に制御信号を出力する制御装置とを有し、
    　前記回転電機は、Ｙ結線された第１系統の巻線と、前記第１系統の巻線と独立してＹ結線された第２系統の巻線とを有し、
    　前記制御装置は、
    　前記第１系統の巻線のいずれかの相の巻線に流れる電流に異常が生じた場合、前記第１系統の巻線の他の複数の相によって第１単相回路が構成されるように前記インバータ回路から供給され前記第１系統の巻線に流れる電流を制御し、
    　前記第２系統の巻線のいずれかの相の電流を停止することによって第２単相回路が構成されるように前記インバータ回路から供給され前記第２系統の巻線に流れる電流を制御し、
    　前記第１単相回路及び前記第２単相回路で流れる電力を合成した合成電力のうち機械出力に変換される電力が一定になるように、前記第１単相回路の電流位相と前記第２単相回路の電流位相とを制御する制御方法。
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